田芷瑤， 邵劍波

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是唯一能檢測活體組織內(nèi)水分子布朗運(yùn)動的無創(chuàng)性方法[1]。腎臟血供豐富，腎小管及毛細(xì)血管網(wǎng)的放射狀排列為DWI檢查提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[2]。腎臟內(nèi)水分子基于體素的隨機(jī)運(yùn)動是各向異性的[3]。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(intravoxel incoherent motion，IVIM)模型作為DWI圖像的后處理方法之一，可量化水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注，在評價兩側(cè)腎功能和受損情況中展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景，但目前研究多限于動物實驗[4-7]和成人[8-14]，其評價兒童分腎功能的可行性暫不明確。鑒于此，本研究擬探討腎臟皮質(zhì)IVIM-DWI模型各參數(shù)在先天性腎臟和尿路畸形(congenital abnormalities of the kidney and urinary tract，CAKUT)患兒分腎功能評估中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢兒童醫(yī)院2017年12月-2018年12月期間確診為CAKUT，且行99mTc-DTPA腎動態(tài)顯像和IVIM-DWI檢查的34例患兒(74個腎臟，含6例單側(cè)重復(fù)腎患兒)的相關(guān)資料。34例患兒中，男23例，女11例，年齡0.1～9.1歲，平均年齡2.5歲，中位年齡1.2歲；腎盂輸尿管連接處梗阻9例、重復(fù)腎和/或重復(fù)輸尿管6例、膀胱輸尿管反流8例、巨輸尿管3例、腎發(fā)育不良2例、腎發(fā)育不良合并膀胱輸尿管反流2例、腎旋轉(zhuǎn)不良1例以及不明原因腎積水3例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡4周～18歲；②行99mTc-DTPA腎動態(tài)顯像和IVIM-DWI檢查；③確診為CAKUT。排除標(biāo)準(zhǔn)：②合并其他影響腎功能的疾病，如腎臟腫瘤、腎結(jié)石、腎結(jié)核和腎動脈狹窄等腎源性疾病，心血管疾病，內(nèi)分泌代謝疾病或存在另一種器官嚴(yán)重受損等；③存在MRI檢查相關(guān)禁忌癥；④MRI圖像偽影干擾嚴(yán)重，圖像質(zhì)量差。所有受檢者進(jìn)行MRI檢查前均已告知家屬檢查目的及檢查前所需準(zhǔn)備工作，并取得家屬同意并簽字。兩項檢查間隔時間為1～3天。

2.檢查方法

檢查前準(zhǔn)備：兩項檢查前4 h均禁食、水，MRI檢查前應(yīng)靜息半小時以上，避免進(jìn)食和劇烈運(yùn)動對腎臟血流灌注產(chǎn)生影響。對于年幼或依從性較差的患兒，采取10%水合氯醛鎮(zhèn)靜(0.3～0.5 mL/kg)；對于依從性較好的患兒，囑其盡量制動并勻速呼吸，以減少圖像運(yùn)動偽影，提高圖像質(zhì)量。

99mTc-DTPA腎動態(tài)顯像：通過周圍靜脈“彈丸”式注射99mTc-DTPA ，隨后進(jìn)行腎臟動態(tài)影像采集。計算機(jī)自帶軟件自動顯示出腎時間-放射性曲線(腎圖)，并根據(jù)身高、體重等基本信息對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，隨后利用機(jī)器自帶Gate’s法，計算出總腎腎小球濾過率(glomerular fltration rate，GFR)和分腎GFR。參考文獻(xiàn)[15]的方法，根據(jù)分腎GFR將所有腎臟分為3組：腎功能正常組(1組，GFR ≥40 mL/min，34個腎臟)，腎功能輕度受損組(2組，20 mL/min≤GFR<40 mL/min，25個腎臟)，腎功能中重度受損組(3組，GFR<20 mL/min，15個腎臟)。

MR檢查：采用美國GE Discovery MR 750 3.0T掃描儀，8通道心臟相控線圈采集信號。既往研究表明自由呼吸采集是高效的，并可保證圖像的高質(zhì)量[16]，故本研究未采用呼吸門控技術(shù)。研究對象均取仰臥位，常規(guī)泌尿系統(tǒng)平掃后行腎臟多b值DWI掃描。平掃采用橫軸面快速自旋回波(FSE)T1WI、脂肪抑制T2WI、冠狀面單次激發(fā)快速自旋回波(SSFSE)T2WI和磁共振泌尿系水成像(MR urography，MRU)。DWI掃描采用橫軸面單次激發(fā)回波平面成像(single shot echo planner imaging，SS-EPI)序列。b值取0、40、80、100、200、400、800和2000 s/mm2。其他參數(shù)：TR 3000 ms，TE 71.4 ms，矩陣128×128，層厚4 mm，層間距1 mm，激勵次數(shù)為2，掃描范圍包括雙側(cè)腎的最長徑。

3.圖像處理及分析

在GE ADW 4.6后處理工作站，應(yīng)用Functool工具包中的MADC軟件對多b值DWI圖像進(jìn)行后處理。低b值時，腎臟中部受灌注的影響較兩極小，適于評價GFR[17]，為盡可能避免胃腸道氣體偽影和不同層面導(dǎo)致的參數(shù)差異，本研究只在腎臟中心層面勾畫ROI。以b=0 s/mm2圖像為定位像，在避開腎實質(zhì)邊緣區(qū)偽影及皮髓質(zhì)交界區(qū)的前提下，靠近腎臟外側(cè)緣人工勾畫腎皮質(zhì)區(qū)ROI，ROI盡可能包裹全部腎皮質(zhì)，同時將腎集合系統(tǒng)、腎血管及腎竇內(nèi)脂肪排除在外，每側(cè)腎臟分別取4～6個ROI區(qū)，ROI的位置及大小(7～11 mm2)應(yīng)盡可能一致(圖1)，測得純擴(kuò)散系數(shù)D、假擴(kuò)散系數(shù)D*和灌注分?jǐn)?shù)f值，并計算其平均值。

4.統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。測量數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。對D、D*和f值進(jìn)行正態(tài)性分布及方差齊性檢驗。采用單因素方差分析(ANOVA)比較不同組別間各參數(shù)的統(tǒng)計學(xué)差異，有統(tǒng)計學(xué)差異再使用Bonferroni法進(jìn)行組間兩兩比較。數(shù)據(jù)符合正態(tài)性分布，D、D*和f值與分腎GFR的相關(guān)性進(jìn)行雙變量Pearson相關(guān)性分析；不符合正態(tài)性分布，則采用雙變量Spearman相關(guān)性分析。P<0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

3組患兒共納入74個腎臟信息，所有DWI圖像均滿足影像診斷標(biāo)準(zhǔn)。將DWI 圖像利用雙指數(shù)模型生成偽彩圖(圖2、3)。3組患兒的分腎GFR、腎皮質(zhì)D、D*和f值如表1所示，各分腎功能分組情況如表2所示。

正態(tài)性分布檢驗結(jié)果顯示D值不滿足正態(tài)性分布(P<0.05)，而D*和f值滿足正態(tài)性分布(P>0.05)；經(jīng)方差齊性檢驗，D值不滿足方差齊性(P<0.05)，而D*和f值滿足(P=0.154，P=0.186)。ANOVA結(jié)果顯示，3組間的D、D*和f值均隨著分腎GFR的下降而降低，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(表3)。Bonferroni法組間兩兩比較結(jié)果顯示，D值在1組與2組、1組與3組、2組與3組兩兩比較中均無統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.064，P=0.137，P>0.999)；D*值在3組間兩兩比較均具有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.036，P<0.001，P=0.034)；f值在1組與3組、2組與3組組間差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.001)，在1組與2組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.284)。雙變量Spearman相關(guān)性分析結(jié)果顯示，GFR與D、D*和f值均呈線性相關(guān)(表4)。

表1 3組的分腎GFR和腎臟皮質(zhì)D、D*、f值

表2 34例CAKUT患兒的基本信息及分腎功能分組情況

注：“1”代表腎功能正常組，“2”代表腎功能輕度受損組，“3”代表腎功能中重度受損組。

表3 3組的D、D*、f值A(chǔ)NOVA比較

表4 D、D*、f值與分腎GFR的相關(guān)性

討 論

兒童慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)是指腎功能不可逆性下降的一類腎臟疾病，最常見原因是CAKUT[18]。CAKUT發(fā)病率上升是導(dǎo)致兒童終末期腎臟病(end stage renal disease，ESRD)患病率上升的主要原因，事實上，全世界40%～50%的兒童ESRD都可歸因于CAKUT[19]。CAKUT是指含有泌尿系統(tǒng)解剖學(xué)異常的一系列疾病，可發(fā)生于單側(cè)泌尿系，也可累及雙側(cè)，而雙側(cè)腎功能受損程度并不對等，故分別評估雙側(cè)腎功能對臨床決策至關(guān)重要。

本組納入的34例CAKUT患兒，年齡范圍及中位年齡均偏小，推測可能與產(chǎn)前診斷技術(shù)的提高，以及對健康問題隨訪的重視導(dǎo)致檢查年齡提前有關(guān)?；純耗I功能損害程度與病種、年齡有一定關(guān)系：腎發(fā)育不良、重復(fù)腎臟的上組小腎以及Ⅲ級以上膀胱輸尿管反流腎功能損害最大；且患兒年齡越大，患側(cè)腎功能丟失越多，并開始出現(xiàn)對側(cè)腎臟功能失代償。

DWI-IVIM模型評價兩側(cè)腎功能受損情況具有很好的應(yīng)用前景。在該模型中，高b值(≥200 s/mm2)主要反映水分子的擴(kuò)散，而低b值(<200 s/mm2)主要反映組織微灌注；同時，D*值受b值影響較大，若b值過低會導(dǎo)致D*值偏小，過高則灌注信息占主導(dǎo)地位，不能很好地反映腎功能信息[20]。鑒于此，合適的b值和個數(shù)至關(guān)重要。目前多采用6～12個b值來參與最終擬合，已有研究提出“2個關(guān)鍵b值”的概念，即采用1個非零的低b值與1個高b值來區(qū)分灌注與自由擴(kuò)散，這樣既能明顯縮短采集時間，也能提高病變鑒別的敏感性[21]。本研究中，b值取0、40、80、100、200、400、800和2000 s/mm28個b值，在兼顧擴(kuò)散和灌注信息的同時，使低b值個數(shù)能較好地擬合腎功能信息。

本研究結(jié)果顯示，D*值在腎功能正常組、輕度受損組和中重度受損組組間兩兩比較中均具有統(tǒng)計學(xué)差異，f值能區(qū)分輕度受損組和中重度受損組、腎功能正常組和中重度受損組之間的差異，而D值在組間兩兩比較中的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，推測可能與b值大小、個數(shù)和數(shù)據(jù)測量誤差有關(guān)，因為水分子的擴(kuò)散主要通過D值體現(xiàn)，而組織微灌注主要由D*和f值反映[15]，本研究中b值的設(shè)置更關(guān)注于組織灌注信息。李瓊等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，不同腎功能CKD患者的腎皮質(zhì)D*、髓質(zhì)D*值均存在顯著性差異；正常對照組的皮質(zhì)D*值、髓質(zhì)D*值均顯著大于CKD輕度損害組和中重度損害組。本組研究結(jié)果與之類似，D*值是最敏感的指標(biāo)，遺憾的是李瓊等[22]的研究未標(biāo)明具體的b值設(shè)置。

本研究的Spearman相關(guān)性分析結(jié)果顯示，GFR與D、D*和f值均存在正相關(guān)，其中f值的相關(guān)性最顯著(r=0.706)，而D值的相關(guān)性最小(r=0.350)。該結(jié)果與Mao等[8]的發(fā)現(xiàn)略有不同，他們的結(jié)果顯示估算GFR(eGFR)與D值(r=0.466)、f值(r=0.713)和D*值(r=0.2335)均存在正相關(guān)性，但D值、D*值的相關(guān)性均不大，且D*值的相關(guān)性最小，筆者推測可能與所使用的b值和病理類型相關(guān)。Mao等[8]主要研究CKD中的腎纖維化，后者與水分子擴(kuò)散運(yùn)動的相關(guān)性更為顯著；另外，為更好反映腎纖維化，他們使用的8個b值分別為0、25、50、80、150、300、500、800 s/mm2，b值的設(shè)置對灌注成分和擴(kuò)散成分的關(guān)注各占一半，也會影響參數(shù)測量值。劉永久等[23]的研究中，b值設(shè)置以低b值占比大(0、10、30、50、80、100、150、200、600、800 s/mm2)，原則上能反映出更多的灌注信息，但他們結(jié)果顯示D值最敏感(r=0.628)，D*(r=0.579)和f值(r=0.619)的相關(guān)性也不低，推測可能與研究對象(CKD患者)的腎臟出現(xiàn)纖維化限制水分子的擴(kuò)散有關(guān)。

CAKUT患兒腎臟皮質(zhì)D*和f值隨著GFR的降低而下降的原因可通過病理生理學(xué)知識來解釋。腎單位數(shù)目異常會導(dǎo)致腎小球灌注及濾過異常，腎積水壓迫導(dǎo)致腎組織缺血缺氧，發(fā)生炎性反應(yīng)，最終導(dǎo)致腎實質(zhì)損傷，使腎血流量、血容量以及毛細(xì)血管血流減少，進(jìn)而影響腎臟的擴(kuò)散和灌注功能。在腎功能損害早期，腎臟能通過神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)，使腎實質(zhì)血容量保持相對穩(wěn)定，GFR也維持在正常水平。但隨著病程進(jìn)展，腎實質(zhì)損傷致腎血流灌注減少，在IVIM-DWI上表現(xiàn)為D*、f值降低；GFR下降，導(dǎo)致水分子的運(yùn)輸功能減低和間質(zhì)纖維化，水分子擴(kuò)散受到限制，在IVIM-DWI上則表現(xiàn)為D值降低。腎皮質(zhì)在血管灌注和水分重吸收方面占主導(dǎo)地位，而髓質(zhì)在管狀層流占優(yōu)勢[24]，本研究僅測量腎皮質(zhì)區(qū)的信息，亦可解釋D值與GFR相關(guān)性最低的原因。

本研究存在一定的局限性：①未設(shè)置正常人群對照組，可能低估對腎功能的評價；②未設(shè)置呼吸門控，可能因患兒自由呼吸頻率不同導(dǎo)致圖像質(zhì)量產(chǎn)生細(xì)微區(qū)別，造成信號測量誤差；③采取人工勾畫ROI，無法保證每1例腎臟的ROI完全置于相同位置，可能對后處理參數(shù)產(chǎn)生影響；④屬單中心研究，樣本量偏少，且患兒年齡多集中在學(xué)齡前期，可能影響其適用性，如果能進(jìn)一步擴(kuò)大各年齡層的樣本量，則能獲得更加可靠的結(jié)果。

IVIM-DWI可評價CAKUT患兒的分腎功能：D*值區(qū)分患兒不同腎功能最敏感，尤其是腎功能正常和輕度受損的鑒別，可用于早期腎功能受損的評估；f值與分腎GFR相關(guān)性最為顯著，可提供更為可靠的腎功能信息。將腎皮質(zhì)D*值和f值結(jié)合分析，可早期發(fā)現(xiàn)腎功能受損，并提高腎功能評估的準(zhǔn)確性。對兒童患者而言，MRI是無引入對比劑、無輻射性的無創(chuàng)性檢查，它在提供腎臟功能信息的同時，也能評價腎組織及其與周圍鄰近結(jié)構(gòu)的關(guān)系，擁有良好的應(yīng)用前景。既往研究表明IVIM-DWI檢查結(jié)果與b值的選擇關(guān)系密切，下一步筆者希望通過不斷調(diào)整b值的個數(shù)和范圍探究出最佳掃描方案，進(jìn)一步論證相關(guān)參數(shù)在評估腎功能中的價值。